[发明专利]一种耐磨损超疏液材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高耐磨超疏液材料及其制备方法。所述耐磨超疏液材料是包括多孔骨架材料、低表面能物质和交联剂。首先对多孔骨架材料进行粗糙化处理，然后，将低表面能物质、交联剂和粗糙化多孔骨架材料在涡旋、超声作用下完全填充复合，最后干燥得到耐磨损超疏液材料。本发明制备的超疏液材料具有很强的耐磨损和抗拉伸性，并且操作简单、高效、成本较低和具有广泛的适用性，有望大规模应用于工业化生产。

技术领域

本发明属于超疏液材料技术领域，特别涉及一种耐磨损超疏液材料及其制备方法，更具体的说，涉及一种表面机械磨损影响可以忽略的超疏液材料及其制备方法。

背景技术

超疏液材料在许多领域(如防污、防冰雪表面和微流体体系)拥有广阔的应用前景，正日益成为工程技术人员和科学家关注的焦点。超疏液表面是指与液体的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面，水或油等液体滴到其倾斜表面时可以自动地与尘埃或污染物一起滚落下来。目前，尽管有许多人造超疏液表面已经被制备出来，但只有很少一部分能满足实际的应用要求，一个重要的原因是大部分超疏液表面的机械稳定性较差，如表面受到外部压力冲击或磨损，其自清洁性能立刻部分或全部丧失，而且不能恢复。

面对这些挑战，近几年来，关于制备具有良好耐磨性的超疏液表面主要有三种方法。第一种，利用涂层与基底的粘附作用或共价键作用来提高表面的稳定性(Nat.Mater.,2018,17,355)。第二种，利用涂层分子的自修复性使得超疏液表面被破坏后进行自我修复(ACS Appl.Mater.Inter.,2017,9,11212)。然而，这两种方法中，第一种方法存在粘附性能有限的缺点，第二种方法在较大外力磨损时涂层容易被完全磨掉而失效。第三种方法是借助耐磨性模板(如织物、多孔材料)来提高超疏液表面的稳定性。目前报道主要有两种方式：(1)构造微纳米粗糙多孔结构，用低表面物质对其改性(专利CN107497302)；(2)采用以环氧树脂、固化剂和疏水性硅溶胶形成的环氧树脂混合液浸渍多孔材料，在硅溶胶的作用下，分散成球形的微凝胶体并且在多孔材料骨架上进行原位粘附、生长，最终固化形成环氧树脂微球颗粒，这种颗粒兼具粗糙化和疏水性的作用，与骨架形成牢固的化学粘附作用后直接获得超疏水特性(专利CN108659257A)。然而，第三种方法虽然采用多孔骨架材料，并通过低表面能的材料对骨架内表面进行修饰使得获得超疏水的同时，耐磨性有明显地提高，但是它们都非完全填充多孔骨架，仅仅使疏水性物质附着在骨架上，多孔骨架仍然有大量的较大孔隙，当骨架表层微纳米粗糙结构因应力集中而损坏，或者内表面疏水物质受到机械力脱落后，液体将很容易粘附在磨损处从而超疏液表面失效。此外，多孔结构的超疏水材料也限制了其应用领域。

发明内容

本发明针对目前耐磨损超疏液材料存在的上述问题，提出一种耐磨损超疏液材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种耐磨损超疏液材料，包括：

多孔材料骨架，所述多孔材料骨架的孔隙内表面具有经过粗糙化加工而形成的微和/或纳结构，以及

填充于多孔材料骨架的孔隙中的低表面能材料，其特征在于，所述低表面能材料填充满所述骨架孔隙，且所述低表面能材料具有低于30mJ/m2的表面能。

进一步的，所述多孔材料骨架为多孔的金属材料，例如可以是泡沫铜，泡沫铁，泡沫铝，泡沫镍，泡沫钛，泡沫合金或者多孔金属玻璃的一种，所述多孔骨架材料是具有相互连接的3D网状或蜂窝结构，其孔径范围为10nm～1mm。

进一步的，所述粗糙化加工为化学腐蚀。

进一步的，所述化学腐蚀为电化学腐蚀。

进一步的，所述骨架材料为多孔陶瓷材料或者多孔塑料材料。

进一步的，所述多孔陶瓷材料通过碱腐蚀进行粗糙化加工，所述多孔塑料材料通过化学镀进行粗糙化加工。